德國BERGER LAHR機器人在工件探傷中的應用

一、             直角坐標機器人介紹

德國百格拉公司是世界上最著名的機器人供應商之一，生產多種規(guī)格的直線運動單元/導軌、步進電機、交流伺服電機、直線電機和多軸數控系統(tǒng)。以此為基礎，在短時間內可提供各種規(guī)格的線性導軌、二維、三維標準機器人及用戶專用機器人和生產線。這些機器人可以裝備焊槍、通用手爪或專用工具，完成焊接、搬運、上下料、包裝、碼垛、拆垛、檢測、探傷、分類、裝配、貼標、噴碼、打碼、（軟仿型）噴涂等一系列工作。由于百格拉的導軌、驅動電機、減速機和控制系統(tǒng)等所有部件全部自己生產，使得機器人整體性能更加優(yōu)異。十多年來，出廠的機器人和生產線全部在正常工作。深受包裝機械、印刷機械、機械電子、汽車、食品、藥品和化妝品生產等行業(yè)新老用戶的厚愛。

百格拉公司的120多名專家及工程技術人員成功開發(fā)生產了各種規(guī)格的線性導軌，并在此基礎上與用戶密切合作開發(fā)通用及專用機器人，已為許多廠家提供了數千臺各種專用機器人及生產線。其中一個應用領域是工件無損探傷。

在直角坐標機器人中各個軸主要是做直線運動，而且運動方向通常是相互垂直的，所以叫直角坐標機器人。直角坐標機器人可分為一維到多維很多種，每一維是一個運動軸，由一個直線運動單元組成。一臺噴涂用三維直角坐標機器人由三個直線運動單元組成，而一臺碼垛機器人根據應用要求通常由幾個一維，二維和三維直角坐標機器人組合而成。百格拉公司直角坐標機器人的主要技術數據是運動行程0到18米；負載1~180公斤；重復定位精度0.05mm；每個軸運動速度最高可達5米/秒。

每個直線運動單元的主要部分是特制高強度高直線度鋁型材，橫截面積可實現40×40mm²到120×120mm²，也可以由多根組合成為一個大截面的導軌。型材內部配有特殊的鋼軌來保證機械強度和長期保持平行度，同時也是運動滑塊的載體。配滾珠絲杠和密封軸承導軌的直線運動單元的特點是定位精度高，帶負載能力強，速度最大到1米/秒；滑動方式分為光杠滾輪軸承導軌和密封軸承導軌；優(yōu)點是鋼性好、磨擦系數小、阻力低、精度高；傳動方式主要有齒型帶、齒條和滾珠絲杠傳動；驅動電機主要分為步進電機和伺服電機兩種，有時驅動電機配NEUGART精密行星減速機來增大出力和減少負載的轉動慣量。

根據機器人所要完成的工作，首先確定機器人的結構組成。可以是龍門式，掛壁安裝式等。再按工作要求所給出各軸的運動行程、負載、運動速度、加速度，動作周期來選每個運動軸直線運動單元的型號，所配驅動電機及所配NEUGART精密行星減速機的型號。

二、百格拉公司機器人在無損檢測中的應用案例

1）在航天飛船部件無損檢測中的應用

（1）       任務：采用超聲無損探傷對航天飛船上的許多

部件進行無損掃描。

（2）       機器人型號及設備

●    選用百格拉三維直角坐標機器人PR 6/3 ,

X，Y，Z軸的有效行程分別為5400mm，

5400mm和400mm。在Z軸下端上裝配

可旋轉超聲探頭。探頭旋轉角度是0~360°。

最大可以被測物體是5400*5400*400 mm。

●        可對部件從上到下360°無損探傷掃描。

掃描密度幾乎沒有限制，可以非常精密，

也可以僅對部件的幾個關鍵部位進行無損

探傷掃描。

●   右圖是對儀表板進行無損探傷掃描。

（3）  任務描述：控制系統(tǒng)使用百格拉公司TLCC，驅動電機是百格拉公司智能伺服控制系統(tǒng)TLC612，TLC411實現定位控制。TLCC是一個專用工控機，通過CAN總線控制TLC伺服控制系統(tǒng)。TLCC可以預存很多部件的幾何數據，用于引導超聲探頭等距離或多方位、多角度的無損探傷掃描。得到的測量數據可以存儲在TLCC中，可以給出分析探傷的結果，可以打印或上傳給上位機，以便進一步保存和分析，也可以顯示出探傷掃描圖象及對應濾波，增強、放大、旋轉、特征提取及分析等。

2）

（1）       任務：航天飛船圓柱類部件無損探傷掃描

（2）       機器人型號及設備

●    選用百格拉二維直角坐標機器人LP-4/2，

●   x軸行程為500mm，z軸行程為1300mm，

在Z軸上裝配掃描頭，通過可旋轉軸可對

   儀表板由上到下每一個部位進行360°掃

描。

●   旋轉軸采用BERGER LAHR步進電機

VRDM31117驅動加NEUGART精密

行星減速機PLS90/8。控制系統(tǒng)使用

百格拉公司專用工控機TLCC。

（3）       任務要求：整個過程需要機器人的動作

保持高重復性，并且要求定位極其精確，

可簡便地完成自動和手動操作等功能的轉換。這里探頭不轉，可以上下和前后精密運動。被測部件要轉動，其它功能類同前面1）中所描述的。

3）

（1）       任務：超大型圓柱類鋼件無損探傷掃描。

（2）  機器人型號及設備

●  選用二維直角坐標機器人LP-8/2，

●        完成X軸和Z軸方向上的動作。X軸驅動電機采用BERGER LAHR伺服電機SER31122，SER31122驅動一個德國NEUGART公司精密行星減速機PLS90HP。Z軸驅動電機采用BERGER LAHR步進電機VRDM3913，VRDM3913驅動一個德國NEUGART公司精密行星減速機PLS70/64HP。

●        被測物體是8m長，直徑600mm的柱類鋼件，放在一個大型液體容器里。大型容器的兩端各有一個夾具，用于水平固定柱類鋼件。鋼件作為轉動軸由一臺BERGER LAHR伺服電機SER31122配德國NEUGART公司精密行星減速機PLS115/64HP驅動。

(3)       任務要求：

旋轉軸帶動長約8m的鋼件每旋轉一個角度X1后靜止，Z軸下到鋼件表面X2毫米高后停止。這時X軸開始運動，每移動X3毫米探頭掃描一次，完成X軸方向8m長的掃描后X軸和Z軸都處于靜止狀態(tài)。旋轉軸再按原轉動方向轉動X1度停止，X軸開設掃描運動。這一過程要反復進行到整個鋼件表面被均勻掃描一次。

所以整個過程需要機器人的動作保持高重復性，平穩(wěn)性，并且要求定位極其精確。X軸的定位精度如下：電機每轉為16384點，經行星減速機64倍減速后為16384*64。X軸的驅動軸每轉一轉，X軸行走175mm,電機每轉一步X軸走175000/16384/64 =0.167 μm. X軸的定位精度如下：電機每轉為16384點，經行星減速機64倍減速后為16384*64。旋轉軸每轉一轉對應的周長是600*3.14 = 1884mm, 電機每轉一步旋轉軸表面轉過1884000/16384/64 =1.797 μm。實際上用不著這樣高的精度，而用精密行星減速機的目的是為了大量減少驅動電機與負載的轉動慣量比，來保證各軸的精確平穩(wěn)運行。

控制系統(tǒng)使用百格拉公司專用工控機TLCC，其功能同前面的兩個應用。

三、結束語：

本文講述了德國百格拉公司的直角坐標機器人配套超聲波掃描儀，在工件探傷中的三例應用。此外，德國百格拉公司的直角坐標機器人還被打量用于X射線探傷掃描。類似的應用還有配備CCD攝像機來檢驗和識別一些印刷品的質量。配備激光高度測量儀來對超大物體的三維形狀進行測量和檢驗，如大型鑄件和飛機上許多三維鋁板等。在許多測量工作中，德國百格拉公司的直角坐標機器人多年來運行非常穩(wěn)定可靠。用德國百格拉公司的直角坐標機器人和直線運動單元可以很快組裝成幾乎所需的各種樣式尺寸的測試專用機器人，節(jié)省時間，人力和費用。北京兩家用戶用德國百格拉公司的直角坐標機器人和CCD攝像機來檢驗物體，兩年來機器人運行非常平穩(wěn)。隨著大批量全自動化生產的迅猛發(fā)展及很多產品要在許多生產環(huán)節(jié)100%被檢測，這類直角坐標機器人將具有更加廣范的市場前景和發(fā)展?jié)摿Γ?/SPAN>